巨厚火成岩地质条件下采动的地表变形移动规律初探

陈瑶骏安徽淮北海孜煤矿

巨厚火成岩地质条件下采动的地表变形移动规律初探

陈瑶骏
安徽淮北海孜煤矿

通过研究巨厚火成岩地质条件下回采期间地表变形移动和完全采动后下沉盆地的形状，以及在进行定期的高程和变形观测所测得的数据进行了分析，及时有效的指导征迁部门在地表产生较大沉陷时，及时的将塌陷范围内的村民迁往新村址，避免了可能发生的坍塌事故。

巨厚火成岩；地表变形移动；地表沉陷；村庄搬迁

一、基本情况

海孜矿于1987年10月正式投产，矿井设计生产能力150万吨/年。本矿自投产以来均为炮采，采用采区前进，工作面后退的单一走向长壁采煤法，顶板管理为全部垮落法。Ⅱ1024工作面为本矿首个综采工作面，工作面设计走向长560m,倾向宽160m，预计回采面积89600m2，是对综采技术的首次尝试，工作面上方存在厚达240m的巨厚火成岩，回采后，地表沉降及采煤塌陷的影响大小及情况还没有多少较合适的经验可以借鉴，很多地表移动参数仍沿用以往矿务局给定的临涣矿区的岩移参数，与真实的地表变形移动规律存在一定差异。为更好的解决相同地质条件下，合理的布置工作面，及时对开采沉陷影响范围内的村庄进行搬迁和复垦工作，矿井组织相关人员进行了专题研究。

二、地表移动观测站建设

选取矿务局给定的临涣矿区的岩移参数：

φ=45oγ=δ=76.5oβ=76.5o-0.6α

γ0=δ0=69.8oβ0=69.8o-0.6α

由于是首个综采工作面观测区，观测站设置成十字交叉状观测站，走向和倾向观测线分别设置成两条。走向观测线长度980米，共布点60个，点间距为16米；倾向观测线长度1000米，共布点20个，点间距为50米。为确保数据的准确性，在距离工作面800米的村庄布置三个通视的永久点，由于该村远离工作面，基本上不受采动的影响，属于稳沉区域，在此处布置永久点能保证所测的边长和高程数据的准确性。

三、火成岩分布情况

巨厚火成岩在Ⅱ102采区分布稳定，其厚度一般大于120m。采用关键层判别软件KSPB对柱状关键层位置判别结果表明，巨厚火成岩为覆岩主关键层。通过Ⅱ102采区内所有取芯钻孔柱状资料的统计，得到Ⅱ102采区内10煤层与中组煤厚度及距巨厚火成岩的距离如表1所示。

表1 II102采区各煤层厚度及距巨厚火成岩距离一览表

四、火成岩存在的危险

1、十组煤开采时，火成岩不破断，中组煤无法回采；

2、整体性强、大面积悬露后破断，震级很大，对十组煤工作面造成冲击；

3、大面积悬露后破断，震级在某个能量级以下，对十组煤影响不大，当十组煤采完以后，中组煤开采时，将产生较大影响；

4、破断面积较大，开采时对中组煤没有影响；

5、被断层切割时，对十煤及中组煤开采不会产生较大的影响。

五、地表移动变形规律

1、下沉曲线

下沉曲线的分布规律是：在采空区中央上方处地表下沉值最大，从盆地中心向采空区边缘逐渐减小，在盆地边界点处下沉量为零，下沉曲线以采空区中央对称。

2、倾斜曲线

倾斜曲线表示地表移动盆地倾斜的变化规律，为下沉的一阶导数，即

倾斜曲线的分布规律是：盆地边界至拐点间倾斜渐增，拐点至最大下沉点间倾斜逐渐减小，在最大下沉处倾斜为零。在拐点处倾斜最大，有两个相反的最大倾斜值，倾斜曲线以采空区中央反对称。

3、曲率曲线

曲率曲线表示地表移动盆地内曲率的变化规律，它是倾斜的一阶导数，下沉的二阶导数，曲率曲线的分布规律是：

（1）曲率曲线有三个极值，两个相等的最大正曲率和一个最大的负曲率，两个最大正曲率位于边界点和拐点之间，最大负曲率位于最大下沉处；

（2）边界点和拐点处曲率为零；

（3）盆地边缘处为正曲率区，盆地中部为负曲率区。

4、水平移动曲线

水平移动曲线表示地表移动盆地内水平移动的分布规律，用U（x）表示。水平移动分布规律与倾斜曲线相似，即盆地边界至拐点间水平移动渐增，拐点至最大下沉点间水平移动逐渐减小，在最大下沉点处水平移动为零。在拐点处水平移动最大，有两个相反的最大水平移动值，水平移动曲线以采空区中央反对称。

六、效果效益分析

1、科学地指导了矿井长远规划，为今后在相同条件下工作面的最佳合理布置提供了支持，为Ⅱ1024工作面的安全生产提供了保障。为矿井今后的采场布置指明了方向，社会效益将十分显著。

2、由于对开采沉陷的深刻理解，实现了边采边探的实时监测的理念，实现了科学合理地安排采场布置，实现了设计工作的主动性、系统性、预见性和超前性，减少了采掘工程施工的盲目性。

3、及时有效的指导征迁部门在地表产生较大沉陷时，及时的将塌陷范围内的村民迁往新村址，避免了可能发生的坍塌事故。

4、为今后遇到相同的地质条件下的地表观测站的建立提供了数据支持，在处理问题时也有了一定的参照，减少了防治工作的盲目性，提高了防治工作的主动性、系统性、预见性和超前性，具有显著的经济效益和社会效益。

[1]《煤矿测量规程》中华人民共和国能源部.北京：煤炭工业出版社，1989.

[2]《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》北京：煤炭工业出版社，2000.